既有线高速铁路控制单边测量方法研究

曹洋

（辽宁省基础测绘院，辽宁 锦州121000）

1 概述

为满足高速铁路客运专线施工、运营以及后期复测和维护需要, 保证高速铁路运营的平顺性, 按照分级布网,逐级控制的原则,在高速铁路全线建立高精度的平面和高程控制网[1]。目前,对于铁路提速后和客运专线精密控制测量的成果精度和技术方法还没有明确的技术标准[2]。因此结合辽宁省某客运专线既有线精密控制网测量项目, 分析了CPⅡ、CPⅢ控制点测量的方法,在上、下行线路各自天窗时段进行铁路维护、升级及改造时[3],运用本文提出的既有线高速铁路独立成网及自由设站边角交会单边测量的方法,可以有效解决高速铁路常规测量方法在既有线高速铁路中无法测量的难题。

2 高速铁路控制点布设及测量方法

2.1 高速铁路控制点布设

高速铁路控制测量平面控制网按逐级控制点原则布设,CP0(第一级)沿线按每50km 左右设置一座,点位距离线位中心不宜大于10km。CPⅠ(第二级)控制点根据线路走向沿线路两侧交替按3～4km 布设一个或一对通视GPS 点。CPⅡ(第三级)控制点应选择在线上、稳固可靠(接触网拉线墩及桥涵两端)且不易被其他施工项目破坏、有利于于CPⅢ控制点测量的地方,相邻点间距控制在400～600m 左右,尽量满足相邻点相互通视。CPⅢ(第四级)控制点是轨道铺设、精调以及运营维护的基准,应在线路两侧间隔50～70m 左右成对布设[4]。四级平面控制点组成统一的平面控制网。高程控制网沿线布设基岩点、深埋水准点和一般线路水准点三种类型的高程控制点,组成统一的高程控制网。基岩点采用国家一等水准点。深埋水准点按每25km 设置一个,深度依据地质结构、冻土层深度等条件进行单独设计。一般线路水准点沿线1.5km～2km 布设一个, 并且距线路中心的距离控制在50～200m 范围之内,布设时应充分考虑CPⅢ高程测量引用的便捷性, 尽量靠近既有铁路, 宜布设在铁路安全网外或桥涵处,便于线下水准进行联测。

2.2 常规高速铁路控制点测量方法

CP0 框架平面控制网应与国家A、B级GPS 点进行联测,CPⅠ基础平面控制网采用GPS 方法测量按照三角形或大地四边形构网, 并与CP0 或国 家A、B 级GPS 点进行联测。CPⅡ线路平面控制网采用GPS方法测量和导线测量方法进行, 并与CPⅠ控制点进行联测。CPⅢ轨道控制网采用自由设站边角交会法测量并与CPⅡ控制点进行联测。线路水准基点和CPⅢ轨道控制网的高程采用国家二等水准测量或精密三角高程测量[4]。

3 既有线高速铁路控制点测量遇到的问题

既有线高速铁路CPⅡ控制点是沿线路两侧交叉布设,并联测CPⅠ控制点构成平面控制网,如图1 所示。

CPⅢ控制点是沿线路两侧成对对称布设, 仪器架设在上下行线路中间,采用自由设站边角交会的方法进行测量,并联测线上两侧的CPⅡ控制点构成平面控制网,如图2 所示。

CPⅢ控制点高程控制网是采用矩形环单程水准网进行测量,相邻的4 个CPⅢ点构成一个闭合环,构成的水准网形如图3所示。

综合上图所示,上、下行线路各自天窗特点是不允许在上、下行线路两侧来回走动, 常规CPⅡ、CPⅢ控制点测量方法在既有线高速铁路实施中是不可行的,针对上述问题,本文提出采用CPⅡ、CPⅢ独立成网及自由设站边角交会单边测量的方法进行作业。

4 既有线高速铁路CPⅡ、CPⅢ控制点测量方法

4.1 CPⅡ控制点测量方法

常规CPⅡ控制点是沿线路两侧交替布设,由于上、下行线路各自天窗时段特点对常规测量方法的限制, 既有线高速铁路CPⅡ控制点需要沿线路两侧成对对称布设,进行CPⅡ控制点测量时,我们需要上、下行线路的CPⅡ控制点各自与线下CPⅠ控制点单独联测、独立计算,形成两套独立控制网,计算出的成果可以与CP0 框架平面控制网进行整合,并进行成果对比。这样可以解决上、下行线路各自天窗时段所造成无法进行常规测量的限制,如图4 所示。

4.2 CPⅢ控制点测量方法

既有线高速铁路CPⅢ控制点也是需要沿线路两侧成对对称布设,上、下行线路的CPⅢ控制点各自与线上CPⅡ控制点单独联测、独立计算,操作方式与CPⅡ控制点测量方法基本一致。本文提出的独立成网及自由设站边角交会单边测量的方法可以有效解决上、下行线路各自天窗时段测量作业无法实施的难题,该方法将全站仪分别放置于铁路单侧运行线路的中间位置,仅对全站仪所在位置同一侧的CPⅢ点进行观测, 每个CPⅢ点应保证至少被观测3 次,构成的平面控制网形。CPⅢ高程网测量也只能在铁路的单侧作业, 无法实施常规的矩形环单程水准网测量方法, 也要采用自由设站边角交会单边测量的边角观测值计算三角高程,构成的高程控制网形,如图5 所示。

5 单边测量精度对比

为了验证CPⅡ、CPⅢ控制点测量运用独立成网及自由设站边角交会单边测量方法的可行性,在高速铁路某试验段,分别用常规测量方法和单边测量方法进行观测并对测量结果对比分析,如表1～4 所示。

由表1 可得,各项精度指标均满足规范要求,并且对该段上、下行线路两侧CPⅡ控制点测量成果进行对比,两种方法测量成果较差中误差为0.6mm 和0.5mm,两次测量成果基本一致。

由表2 可得,独立成网及自由设站边角交会单边测量CPⅢ控制网方法的自由网平差计算精度满足相关规范的要求。

由表3 可得,各项精度指标均满足规范要求,并且对该段上、下行线路两侧CPⅢ控制点测量成果进行对比,两种方法测量成果较差中误差为0.22mm 和0.29mm,两次测量成果基本一致。

由表4 可知,采用独立成网及自由设站边角交会单边测量CPⅢ控制点高程网,测出边角观测值所计算的三角高程,各项精度指标均可满足相关规范的要求,两种方法测量成果较差中误差为0.36mm和0.25mm, 两次测量成果基本一致。

结束语

随着我国高速铁路的迅猛发展,既有线高速铁路需要保持列车安全、不间断地运行,导致常规测量控制网方法的不可行,采用独立成网及自由设站边角交会单边测量的方法,分别对既有线高速铁路两侧的CPⅡ、CPⅢ控制网进行独立的选点布设、数据采集、平差计算和数据整合,其各项精度指标都能满足相关规范的要求,说明独立成网及自由设站边角交会单边测量CPⅡ、CPⅢ控制网的方法可行。适用于我国现阶段部分铁路无“垂窗”(上、下行均无列车通行)时段,仅能利用上、下行线路各自天窗时段进行运营维护或升级改造,无法采用常规的CPⅡ、CPⅢ控制网测量方法进行作业,使用独立成网及自由设站边角交会单边测量CPⅡ、CPⅢ控制网的方法可以解决这个难题。

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